脱硫脱硝研究：脱硝催化剂的选型与设计

查看全部 · 发表于 2021-4-7 16:37:26

1）、在高钙工况下，CaO会导致催化剂失活速率加快，因此需要较大的设计裕量。

当煤质或飞灰中的CaO含量小于5%时，其对催化剂的设计影响不大，催化剂的设计用量主要取决于 SCR系统入口NOX浓度、烟气流量、要求的脱硝效率等参数。

当CaO含量超过5%以后，其对催化剂的设计影响开始变得显著，在同样的工况条件下，催化剂用量受CaO含量影响很大。

随着CaO含量的增加，催化剂用量呈线性递增，特别是当CaO含量在30%左右时，催化剂用量比低钙工况下的用量增加25%左右。

2）、在高飞灰工况下，应选用孔径大、截距大、烟气通过性好的催化剂型号，减少积灰堵塞的风险。

当烟气中飞灰浓度在50~60 g/Nm3，甚至更高时，此时平板式催化剂由于其烟气通道截面较蜂窝式大，高飞灰工况下烟气和飞灰的通过性好等优点，选用平板式催化剂不易积灰堵塞，运行安全性较高。

当飞灰浓度小于50 g/Nm3 时，由于板式催化剂几何比表面积比蜂窝式小，同样的工程条件下，板式催化剂用量要比蜂窝式多约20~40%。通常，当蜂窝式催化剂的孔数每增加一级，如从18×18孔向上增加为19×19孔时，对于同一工程项目，催化剂的设计用量可以减少在5%以上，由此可以节约催化剂采购成本5%以上。

但是，孔径变小后，烟气通过性差，在高飞灰条件下，极易发生飞灰的架桥堵灰，催化剂一旦发生飞灰架桥，就会发生“累积”效应，即当催化剂部分孔道发生堵塞时，相对的使其他未堵塞的孔道通过的飞灰量急剧增大，再运行不长的时间，整个催化剂都会发生严重堵塞。

3）、在飞灰硬度较大的工况，选用标准壁厚催化剂可以提高运行安全性；催化剂壁厚的选择与飞灰的浓度及飞灰的硬度有关。

研究表明，当飞灰中SiO2与Al2O3的含量比在2:1左右时，此时飞灰硬度较大，飞灰对催化剂的冲击磨损较严重。

研究表明，催化剂内壁的磨失减薄是造成催化剂磨损强度下降的主要原因，内壁磨失量占催化剂总磨失量的60%左右，而常规的端部硬化措施，只能保证催化剂端部不被磨损，但是催化剂内壁的磨损仍然不容忽视。

另外，在高飞灰的运行条件下，催化剂采用端部硬化，但催化剂内部通道还存在由于磨损而造成的断裂风险，当硬化部位以后的内壁发生断裂后，就会发生催化剂顶端的塌陷并进而造成严重堵塞。

4）、在高温工况下，催化剂烧结失活的速率加快，催化剂用量也会增加。

烟气温度在350℃以下时，催化剂的设计用量几乎不因温度发生变化，催化剂用量主要取决于SCR系统入口NOX浓度、烟气流量、要求的脱硝效率等参数。

当烟气温度超过350℃时，随着温度的增加，催化剂设计用量随温度的变化呈线性递增，特别是温度超过400℃时，体积比350℃时增加了近15%。这是因为高温是导致催化剂烧结的最大因素，而烧结必然会致使催化剂的比表面积减少，从而使脱硝活性下降。而且，高温会引起活性组分-贵金属氧化物形成多聚态晶体，多聚晶体的比表面积较小，从而与烟气的接触面积就小，催化活性相对较低。因此，对于高温运行的项目，必须进行配方优化。

催化剂主要成分中，V2O5的活性是最高的，但是其抗高温烧结的能力是最低的。WO3或MoO3活性相对较低，但是具有优异的抗中毒和抗烧结能力，所以优化配方时要减少V2O5的含量，增加WO3或MoO3的含量，能在一定程度上有效提高催化剂对高温的耐受性。但是，配方的改变，降低了催化剂的活性，要满足相同的性能要求，就要采用较多的体积。另一方面，在高温中催化剂失活加快，还必须留有较充足的催化剂储备体积。这两个因素共同作用，最后导致高温项目的催化剂用量一般都较多。

5）、在高硫份工况下，应特别注意硫胺的生成，防止催化剂的中毒和下游设备的堵塞。

燃用高硫份煤种时，会导致烟气中SO2含量增加，即使仍能保持1%的SO2氧化率，但是氧化生成的SO3总量仍会较高。SO3会和还原剂氨NH3 反应生成 (NH4)HSO4(ABS) 和 (NH4)2SO4(AS)。

硫酸氢铵是一种极其粘稠的物质，粘附在设备表面极难清除。如果粘附在催化剂表面，又会继续粘附飞灰颗粒，导致SCR催化剂积灰堵塞。硫酸铵是一种干态的粉状物质，当生成量较多时，会增加烟气中的飞灰浓度，加剧催化剂的磨损，并使催化剂积灰堵塞的风险增大。为了消除或减少(NH4)HSO4对设备的粘附和腐蚀，只能在(NH4)HSO4的露点温度ADP以上喷入NH3，以使生成的(NH4)HSO4呈气态，随烟气流出SCR系统。

根据拉乌尔定律，烟气中(NH4)HSO4的露点温度和气相中SO3、NH3的平衡分压有关，烟气中SO3浓度越高，平衡分压越大，则(NH4)HSO4的露点温度越高。而SCR系统的最低喷氨温度一般要高于(NH4)HSO4的露点温度，最终导致了SCR系统运行温度提高。

如果实际烟气温度不高或稍高于要求的最低喷氨温度，则会导致操作弹性降低。此种工况进行催化剂设计时，一般不会造成催化剂用量增加，但由于最低喷氨温度较高，致使SCR反应器的布置难度增加，或者需要加装省煤器旁路，以提高SCR进口温度。在进行催化剂选型时，应选取具有低SO2氧化率配方设计的催化剂。

6）、掺烧生物质燃料的工况下，应着重考虑生物质燃料中的元素对催化剂的失活，增加储备体积。

为了应对燃料供应日趋紧张的局面，国家也开始利用政策导向积极推进在燃煤中掺烧一定比例的市政污泥等生物质燃料，来代替一部分燃煤，并已近在广州等少数大城市进行了试点。

垃圾焚烧发电和掺烧市政污泥是解决环境污染和能源危机的较好方案，但是由此也给SCR催化剂的设计、运行提出了更高的要求。因为，垃圾和污泥中的P、Na、K、CaO等使催化剂中毒的元素含量是普通媒质中的数十倍，代用燃料的强毒性使得即使燃用时间很短，也会给催化剂带来较大危害。

我国普遍存在城市生活垃圾和工业垃圾不严格分类，城市污泥和工业污泥不严格分类的情况，这样就造成使用这一类代用燃料时，烟气及飞灰成分复杂不明确，包含了许多未知的催化剂毒物，极大限制了对催化剂的化学寿命评价和经济性分析。

依据国外经验，进行此类工况的催化剂设计选型时，对催化剂的失活要着重考虑，留有较多的设计裕量和储备体积。

电站排放的氮氧化物由约95%的NO和约5%的NO2组成。

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